KR101426693B1 - 홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 액상 배지 - Google Patents

홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 액상 배지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 팥 분말, 탄소원, 질소원 및 무기 영양성분을 포함하는 조성물로서, 상기 팥 분말의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~40 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 이용하여 조제된 홍국균 배양용 액상 배지를 제공한다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물을 이용하여 조제된 액상 배지에 홍국균을 배양하는 경우 홍국균의 증식이 극대화되거나 모나콜린 K의 생성량이 현저히 향상된다. 따라서, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지는 홍국균의 종 배양 또는 홍국균을 이용한 모나콜린 K의 생산에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지는 종래의 액상 배지 성분으로 사용된 글루코오스의 함량이 상대적으로 줄어들어 제조 원가가 절감되는 효과가 있다.

Description

홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 액상 배지{Premix composition for culturing Monascus species and liquid culture medium comprising the same}
본 발명은 홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 액상 배지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 홍국균의 증식을 극대화하거나 모나콜린 K와 같은 활성물질의 생성을 향상시킬 수 있는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 홍국균 배양용 액상 배지에 관한 것이다.
홍국균은 자낭균문 모나스커스(Monascus)속에 속하는 붉은색의 사상균으로서, 쌀 등과 같은 곡류를 발효시키는 과정에서 각종 유익한 대사산물로 진한 빨간색의 색소 및 모나콜린 K 등을 생산한다. 이 균은 중국을 중심으로 동아시아의 여러 지역에서 천연의 식품 착색제나 가공품 및 소화 촉진과 혈류 개선의 소재로서 오랫동안 사용되어 왔다. 근래에는 홍국균이 생성하는 2차 대사산물인 메비놀린[혹은 로바스타틴(lovastatin), 모나콜린(monacolin) K로 표시됨]이 콜레스테롤 생합성효소인 HMG-CoA(3-hydroxy-methyl-3- glutaryl-coenzyme) 환원효소를 강력하게 저해하여 혈중지질 농도를 감소시키고 콜레스테롤 합성을 억제하거나 항진균, 혈당상승의 억제, 혈압조절, 항비만, 항암 등과 같은 각종 기능성을 가진다는 사실이 보고되고 있다[Endo, A. (1979) Monascolin K, a new hypcholesterolemic agent produced by a Monascus species. J Antibiot 32: 852-854.;Arad, Y., Ramakrishnan, R., and Ginsberg, H.N. (1990) Lovastatin therapy reduces low density lipoprotein apoB levels in subjects with combined hyperlipidemia by reducing the production of apoB-containing lipoproteins: implications for the pathophysiology of apoB production. J. Lipid. Res . 31: 567-582.;Wang IK et al., J. Agri. Food Chem. 48: 3183-3189 2000; Endo A. et al., J. Antibiotechnol. 38: 420-422 1985; Manzoni M & Rollini M. App. Microbiol. Biotechnol. 58: 555-564 2002; Wei W. et al., J. Nutri. Biochem. 14: 314-318 2003;Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem. 54:197-205.]. 또한, 홍국균은 적색계 색소(rubropuntain, monascorubin)와 황색계 색소(monascin, ankaflavin), 자색계 색소(rubropunctamine, monascorubramine) 등을 생성하며, 이와 같은 색소물질은 항균 및 항암효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 홍국균이 크게 주목을 받고 있고, 지금까지 홍국균을 이용하여 뛰어난 약리 효능을 가진 기능성 소재를 얻기 위한 연구가 적극적으로 이루어져 오고 있다.
홍국균을 이용하여 기능성 소재를 얻기 위해 일반적으로 스타터(Starter)로 불리는 종 배양액을 곡물 등과 같은 기질에 접종하고 소정 조건에서 홍국균으로 기질을 발효시키는 방법을 사용한다. 이때, 상기 종 배양액을 얻기 위한 배양을 종 배양(Seed culture)이라고 하며, 종 배양의 주 목적은 홍국균을 대량으로 증식하는 것이다. 또한, 홍국균을 이용하여 모나콜린 K와 같은 기능성 소재를 얻기 위해 탄소원, 질소원 및 미량의 무기 영양성분을 포함하는 액상 배지에서 홍국균을 본 배양하기도 한다. 상기 액상 배지는 홍국균의 증식 외에도 특정한 기능성 성분의 고농도 생산을 목적으로 한다. 홍국균의 증식 또는 홍국균의 배양을 통한 기능성 성분의 고농도 생산을 목적으로 하는 액상 배지로서 다양한 배지가 공지되어 있고, 이를 하기 표 1에 나타내었다.
배지명 구성성분 및 함량(g/100㎖)
Lin medium Rice powder 3.0, NaNO3 0.15, MgSO4·7H2O 0.1, KH2PO4 0.25
Modified Lin medium Glucose 3.0, NaNO3 0.15, MgSO4·7H2O 0.1, KH2PO4 0.25
SP medium Sucrose 10.0, Peptone 1.0, KH2PO4 0.1, MgSO4·7H2O 0.05, Tartaric acid 0.1, L-asparatic acid 0.3
YM medium Yeast extract 0.3, Malt extract 0.3, Peptone 0.5, Glucose 1.0
YE medium Glucose 4.0, KH2PO4 0.25 0.3, Yeast extract 1.0
GMin medium Glucose 4.0, KH2PO4 0.1, MgSO4·7H2O 0.05, NaCl 0.05, FeSO4·7H2O 0.01
SMO medium Sucrose 10.0, Peptone 0.1, KNO3 0.2, Tartaric acid 0.3, (NH4)2HPO4 0.2, MgSO4·7H2O 0.05, ZnSO4·7H2O 0.05, CaCl2·2H2O 0.01
MY medium Malt extract 2.0, Yeast extract 0.2
GY medium Glucose 10.0, Yeast extract 0.8
Nishikawa medium Sucrose 10.0, Peptone 1.0, (NH4)2HPO4 0.2, KNO3 0.2, MgSO4·7H2O 0.5, ZnSO4·7H2O 0.01, CaCl2·2H2O 0.01, Tartaric acid 0.3, AS2O3 0.05
Sucrose medium Sucrose 10.0, Yeast extract 0.3, Casamino acid 0.5, NaNO3 0.2, KH2PO4 0.1, MgSO4·7H2O 0.05, KCl 0.05, FeSO4 0.001
Mizutani medium Glucose 5.0, Peptone 2.0, KH2PO4 0.8, MgSO4·7H2O 0.05, CH3COOK 0.2, NaCl 0.1
Toya medium Glucose 10.0, Yeast extract 3.0, Malt extract 3.0, Peptone 5.0
Rice medium Rice powder 5.0, NaNO3 0.15, MgSO4·7H2O 0.1, KH2PO4 0.25
상기 표 1에서 특히 Mizutani 배지는 홍국균 종 배양용으로 널리 사용되고 있고, Rice 배지는 홍국균에 의한 기능성 성분의 생산용 배지로 널리 사용되고 있다. 그러나, 홍국균을 이용을 기능성 성분의 생산 효율을 극대화시키기 위해서는 표 1에서 보이는 액상 배지보다 홍국균의 증식 또는 홍국균의 기능성 성분 생산 능력을 향상시킬 수 있는 액상 배지의 개발이 필요하다.
또한, 홍국균 배양용 배지와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-0554963호에는 홍국균의 이차대사과정 활성화와 균밀도의 증가를 위한 배지로서 질소원으로 목화씨 추출물과; 탄소원으로 설탕, 쌀가루, 옥수수가루, 감자가루, 밀가루 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 물질과; 미량원소로 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 철(Fe), 구리(Cu) 및 망간(Mn) 성분을 포함하고 나머지 잔부는 증류수로 이루어진 홍국균 액체배양 배지가 개시되어 있다. 그러나, 상기 홍국균 액체배양 배지의 일 성분인 목화시 추출물은 목화씨로부터 추출과정을 거쳐 얻어지기 때문에 경제성이 떨어지고 다양한 미량원소를 포함하기 때문에 제조과정이 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 배경하에 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 홍국균의 배양시 홍국균의 증식을 극대화하거나 홍국균에 의해 생성되는 모나콜린 K의 생성량을 향상시킬 수 있는 홍국균 배양용 액상 배지 및 상기 액상 배지의 제조에 적합한 프리믹스 조성물을 제공하는데에 있다.
본 발명의 상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 팥 분말, 탄소원, 질소원 및 무기 영양성분을 포함하는 조성물로서, 상기 팥 분말의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~40 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 물 및 상기의 프리믹스 조성물로 구성되는 홍국균 배양용 액상 배지를 제공한다.
본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물을 이용하여 조제된 액상 배지에 홍국균을 배양하는 경우 홍국균의 증식이 극대화되거나 모나콜린 K의 생성량이 현저히 향상된다. 따라서, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지는 홍국균의 종 배양 또는 홍국균을 이용한 모나콜린 K의 생산에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지는 종래의 액상 배지 성분으로 사용된 글루코오스의 함량이 상대적으로 줄어들어 제조 원가가 절감되는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면은 홍국균 배양용 액상 배지를 간편하게 조제하는데 이용될 수 있는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 팥 분말, 탄소원, 질소원 및 무기 영양성분을 포함한다. 이때, 상기 탄소원 대 질소원의 중량비는 홍국균의 균체 증가량 또는 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 1:0.1~1:3인 것이 바람직하고, 1:0.1~1:1인 것이 더 바람직하고, 1:0.2~1:0.8인 것이 가장 바람직하다. 또한, 홍국균의 균체 증가량만을 고려하는 경우 탄소원 대 질소원의 중량비는 1:0.1~1:1인 것이 바람직하고, 모나콜린 K의 생산성만을 고려하는 경우 탄소원 대 질소원의 중량비는 1:0.2~1:3인 것이 바람직하며, 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성 모두를 고려할 때 1:0.2~1:1인 것이 바람직하다. 이하, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물을 구성성분 별로 나누어 설명한다.
본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 일 구성성분으로 팥 분말을 포함한다. 팥 분말은 건조된 팥을 소정의 크기로 분쇄한 것으로, 홍국균의 이용 효율을 고려할 때 팥을 증자하고 건조한 후 분쇄한 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에서 팥 분말의 함량은 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 5~40 중량%인 것이 바람직하고, 5~35 중량%인 것이 더 바람직하며, 10~35 중량%인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 일 구성성분으로 탄소원을 포함한다. 상기 탄소원은 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 공지의 홍국균 배양용 액상 배지에 사용되는 물질에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소원으로 단당류(글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 자일로오스 등), 이당류(수크로오스, 말토오스, 락토오스, 트레할로오스 등), 올리고당류, 당알코올(만니톨, 에리쓰리톨, 자일리톨 등) 등이 사용될 수 있으며, 이 중 홍국균의 균체 증가량 또는 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 탄소원은 글루코오스(Glucose), 프럭토오스(Fructose), 말토오스(Maltose), 만니톨(mannitol), 수크로오스(Sucrose) 및 락토오스(Lactose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 글루코오스(Glucose), 말토오스(Maltose) 또는 만니톨(mannitol)에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것이 더 바람직하며, 글루코오스 또는 말토오스에서 선택되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 탄소원은 홍국균의 균체 증가량만을 고려할 때 글루코오스(Glucose), 프럭토오스(Fructose), 말토오스(Maltose), 만니톨(mannitol) 또는 락토오스(Lactose)에서 선택되는 것이 바람직하고, 모나콜린 K의 생산성만을 고려할 때 글루코오스(Glucose), 프럭토오스(Fructose), 말토오스(Maltose), 만니톨(mannitol) 또는 수크로오스(Sucrose)에서 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에서 상기 탄소원의 함량은 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 30~70 중량%인 것이 바람직하고, 30~65 중량%인 것이 더 바람직하며, 32~62 중량%인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 일 구성성분으로 질소원을 포함한다. 상기 질소원은 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 공지의 홍국균 배양용 액상 배지에 사용되는 물질에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 질소원으로는 효모 추출물(Yeast extract), 펩톤(Peptone), 맥아 추출물(Malt extract), 트립톤(Tryptone), 탈지 분유, (NH4)2HPO4, (NH4)2SO4 등이 사용될 수 있으며, 이 중 홍국균의 균체 증가량 또는 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 질소원은 효모 추출물(Yeast extract), 펩톤(Peptone), 맥아 추출물(Malt extract) 및 트립톤(Tryptone)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하고, 효모 추출물 또는 펩톤에서 선택되는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 질소원은 홍국균의 균체 증가량만을 고려할 때 효모 추출물(Yeast extract), 펩톤(Peptone) 또는 트립톤(Tryptone)에서 선택되는 것이 바람직하고, 모나콜린 K의 생산성만을 고려할 때 효모 추출물(Yeast extract), 펩톤(Peptone) 또는 맥아 추출물(Malt extract)에서 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에서 상기 질소원의 함량은 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 10~30 중량%인 것이 바람직하고, 10~25 중량%인 것이 더 바람직하며, 15~25 중량%인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 일 구성성분으로 무기 영양성분을 포함한다. 상기 무기 영양성분은 그 종류가 크게 제한되지 않으며 공지의 홍국균 배양용 액상 배지에 사용되는 물질에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 영양성분은 홍국균의 생장에 필요한 미량 원소인 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 철, 아연, 칼슘, 비소, 구리, 망간, 또는 몰리브덴 등을 포함하는 화합물에서 선택될 수 있다.본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에서 상기 무기 영양성분의 함량은 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 조성물 전체 중량을 기준으로 5~15 중량%인 것이 바람직하고, 7~15 중량%인 것이 더 바람직하며, 7~12 중량%인 것이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물에서 상기 무기 영양성분은 바람직하게는 칼륨 화합물, 나트륨 화합물 및 마그네슘 화합물을 모두 포함한다. 이때, 상기 칼륨 화합물은 K2SO4, K3PO4, K2HPO4, KH2PO4, KNO3, CH3COOK 및 KCl로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있으며, 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 K2SO4, KH2PO4 또는 KCl에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 나트륨 화합물은 NaCl, Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, NaNO3 및 Na2B4O7·10H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있으며, 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 NaCl 또는 NaH2PO4에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마그네슘 화합물은 MgC3H7O6P, MgSO4 및 MgSO4·7H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있으며, 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 MgSO4·7H2O인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물이 무기 영양성분으로 칼륨 화합물을 포함하는 경우 칼륨 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~10 중량%인 것이 바람직하고, 5.5~9.0 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물이 무기 영양성분으로 나트륨 화합물을 포함하는 경우 나트륨 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5~2.0 중량%인 것이 바람직하고, 1.0~1.5 중량%인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물이 무기 영양성분으로 마그네슘 화합물을 포함하는 경우 마그네슘 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1~2.0 중량%인 것이 바람직하고, 0.5~1.5 중량%인 것이 더 바람직하다.
본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 홍국균을 배양하기 위한 액체 배지를 제조하는데에 사용될 수 있다. 이때, 상기 홍국균은 모나스커스(Monascus)속에 속하고 2차 대사산물로 모나콜린 K를 생성할 수 있는 균이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus), 모나스커스 러버(Monascus ruber), 모나스커스 퍼프레우스(Monascus purpureus), 모나스커스 카올리앙(Monascus kaoliang), 모나스커스 바리케리(Monascus barykery) 및 모나스커스 안카(Monascus anka)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 프리믹스 조성물은 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus) 배양용 액상 배지를 제조하는데 유용하며, 상기 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus)는 구체적으로 기탁번호가 KCCM 60084, IFO 4480 또는 KCCM 60396일 수 있으며, 기탁번호가 IFO 4480 또는 KCCM 60396인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은 홍국균 배양용 액상 배지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지는 물 및 전술한 프리믹스 조성물로 구성된다. 구체적으로 전술한 프리믹스 조성물 중 수용성 성분은 물에 용해된 상태로 존재하고 불용성 성분은 물에 균일하게 분산된 상태로 존재한다. 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지에서 프리믹스 조성물의 함량은 홍국균의 액체 배양이 가능한 수준에서 선택될 수 있으며, 홍국균의 균체 증가량, 모나콜린 K의 생산성 및 배양의 용이성을 고려할 때 물 100 중량부 당 5~15 중량부인 것이 바람직하고, 6~12 중량부인 것이 더 바람직하며 6.5~11.5 중량부인 것이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 홍국균 배양용 액상 배지의 초기 pH는 4.0~6.5인 것이 바람직하고, 홍국균의 균체 증가량 및 모나콜린 K의 생산성을 고려할 때 4.5~6.5인 것이 바람직하며, 5~6인 것이 가장 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 탄소원이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향
탄소원이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향을 알아보기 위해 탄소원의 종류별로 액상 배지를 제조하고 홍국균을 배양한 후 홍국균 배양액의 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였다. Czapek-Dox 최소 배지 100 중량부 당 탄소원인 글루코오스, 프럭토오스, 수크로오스, 락토오스, 말토오스 및 만니톨을 각각 3 중량부 씩 첨가하고 용해하여 총 6개의 액상 배지를 준비하였다. 이때, Czapek-Dox 최소 배지는 증류수 100㎖ 당 NaCl 2.0g, KCl 0.5g, MgC3H7O6P(Magnesium glycerophosphate) 0.5g, FeSO4·7H2O(Ferrous sulfate heptahydrate) 0.01g 및 K2SO4 0.35g을 용해하여 제조한 것이다. 그리고, 홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 준비한 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액의 건조 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다. 수득한 홍국균 배양액의 균체 함량은 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였고, 모나콜린 K의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem. 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
액상 배지 내 탄소원의 종류 균체 함량(g/ℓ) 모나콜린 함량(㎎/ℓ)
글루코오스 5.1 2.2
프럭토오스 3.8 1.2
수크로오스 2.5 1.0
락토오스 3.9 0.3
말토오스 4.8 2.0
만니톨 4.2 1.4
상기 표 2에서 보이는 바와 같이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생산량 측면 모두를 고려할 때 액상 배지의 탄소원으로는 글루코오스와 말토오스가 가장 적합하였다.
2. 질소원이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향
질소원이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향을 알아보기 위해 질소원의 종류별로 액상 배지를 제조하고 홍국균을 배양한 후 홍국균 배양액의 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였다. Czapek-Dox 최소 배지 100 중량부 당 질소원인 효모 추출물, 맥아 추출물, 펩톤 및 트립톤을 각각 2 중량부 씩 첨가하고 용해하여 총 4개의 액상 배지를 준비하였다. 이때, Czapek-Dox 최소 배지는 증류수 100㎖ 당 NaCl 2.0g, KCl 0.5g, MgC3H7O6P(Magnesium glycerophosphate) 0.5g, FeSO4·7H2O(Ferrous sulfate heptahydrate) 0.01g 및 K2SO4 0.35g을 용해하여 제조한 것이다. 그리고, 홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 준비한 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액의 건조 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 3에 나타내었다. 수득한 홍국균 배양액의 균체 함량은 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였고, 모나콜린 K의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem . 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
액상 배지 내 질소원의 종류 균체 함량(g/ℓ) 모나콜린 함량(㎎/ℓ)
효모 추출물 9.3 2.1
맥아 추출물 5.4 1.9
펩톤 8.7 2.5
트립톤 6 1.5
상기 표 3에서 보이는 바와 같이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생산량 측면 모두를 고려할 때 액상 배지의 질소원으로는 효모 추출물 및 펩톤이 가장 적합하였다.
3. 탄소원 대 질소원의 중량비가 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향
액상 배지 내 탄소원 대 질소원의 중량비가 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향을 알아보기 위해 탄소원 대 질소원의 중량비를 달리하여 액상 배지를 제조하고 홍국균을 배양한 후 홍국균 배양액의 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였다. Czapek-Dox 최소 배지 100 중량부 당 탄소원으로 글루코오스 및 및 질소원으로 펩톤을 하기 표 4와 같이 첨가하고 용해하여 총 4개의 액상 배지를 준비하였다. 이때, Czapek-Dox 최소 배지는 증류수 100㎖ 당 NaCl 2.0g, KCl 0.5g, MgC3H7O6P(Magnesium glycerophosphate) 0.5g, FeSO4·7H2O(Ferrous sulfate heptahydrate) 0.01g 및 K2SO4 0.35g을 용해하여 제조한 것이다. 그리고, 홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 준비한 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액의 건조 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 4에 나타내었다. 수득한 홍국균 배양액의 균체 함량은 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였고, 모나콜린 K의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem. 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
Czapek-DOx 최소 배지 100 중량부 당 탄소원의 첨가량 Czapek-DOx 최소 배지 100 중량부 당 질소원의 첨가량 탄소원 대 질소원의 중량비 균체 함량
(g/ℓ)		 모나콜린 함량
(㎎/ℓ)
10 중량부 1 중량부 10:1 20 0.7
3 중량부 1 중량부 3:1 18 2.5
1 중량부 3 중량부 1:3 1.7 1.6
1 중량부 10 중량부 1:10 1.2 0.8
상기 표 4에서 보이는 바와 같이 홍국균의 증식 측면을 고려할 때 액상 배지 내 탄소원 대 질소원의 중량비는 10:1 내지 3:1이 적합하였고, 모나콜린 K의 생산량 측면을 고려할 때 탄소원 대 질소원의 중량비는 3:1 내지 1:3이 적합하였다.
4. 액상 배지의 초기 pH 가 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향
액상 배지의 초기 pH가 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향을 알아보기 위해 pH별로 액상 배지를 제조하고 홍국균을 배양한 후 홍국균 배양액의 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였다. Czapek-Dox 최소 배지 100 중량부 당 탄소원으로 글루코오스 6 중량부 및 질소원으로 펩톤 2 중량부를 첨가하고 용해한 후 pH를 4~10의 범위에서 달리하여 총 7개의 액상 배지를 준비하였다. 이때, Czapek-Dox 최소 배지는 증류수 100㎖ 당 NaCl 2.0g, KCl 0.5g, MgC3H7O6P(Magnesium glycerophosphate) 0.5g, FeSO4·7H2O(Ferrous sulfate heptahydrate) 0.01g 및 K2SO4 0.35g을 용해하여 제조한 것이다. 그리고, 홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 준비한 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액의 건조 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 5에 나타내었다. 수득한 홍국균 배양액의 균체 함량은 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였고, 모나콜린 K의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem. 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
액상 배지의 초기 pH 균체 함량(g/ℓ) 모나콜린 함량(㎎/ℓ)
4 20 0.7
5 18 2.5
6 18 2.4
7 1.2 0.8
8 0.6 0
9 0.3 0
10 0 0
상기 표 5에서 보이는 바와 같이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생산량 측면 모두를 고려할 때 액상 배지의 최초 pH는 4 초과 및 7 미만이 적합한 것으로 나타났다.
5. 쌀가루, 팥 분말 및 밀기울이 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향
탄소원의 종류, 질소원의 종류, 탄소원 대 질소원의 중량비 및 초기 pH가 홍국균의 증식 및 모나콜린 K의 생성량에 미치는 영향을 고려하여 홍국균 배양용 기본 배지의 최적 조성을 다음과 같이 결정하였다.
홍국균 배양용 기본 배지의 최적 조성 : 증류수 100㎖ 당 글루코오스 4.0g, 펩톤 1.5g, K2HPO4 0.4g, NaH2PO4 0.1g 및 MgSO4·7H2O 0.1g을 첨가하고 용해한 후, 초기 pH를 5.5로 조정한 것
상기의 조성으로 제조한 홍국균 배양용 기본 배지 100 중량부 당 쌀가루, 팥 분말 및 밀기울을 각각 1 중량부 씩 첨가하고 교반하여 3개의 액상 배지를 준비하였다. 그리고, 홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 준비한 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액의 건조 균체 함량 및 모나콜린 K의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 6에 나타내었다. 수득한 홍국균 배양액의 균체 함량은 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였고, 모나콜린 K의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem. 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
액상 배지 내 곡물의 종류 균체 함량(g/ℓ) 모나콜린 함량(㎎/ℓ)
쌀가루 45 20
팥 분말 50 30
밀기울 30 15
상기 표 6에서 보이는 바와 같이 팥 분말이 첨가된 액상 배지에서 홍국균의 증식이 가장 극대화되고 모나콜린 K의 생산량이 현저하게 증가하였다.
6. 홍국균 배양용 액상 배지의 제조 및 홍국균 배양액의 특성 평가
(1) 홍국균 배양용 액상 배지의 제조
제조예 1.
글루코오스 4.0g, 팥 분말 1.0g, 펩톤 1.5g, K2HPO4 0.4g, NaH2PO4 0.1g 및 MgSO4·7H2O 0.1g을 혼합하여 프리믹스 조성물을 제조하였다. 이후, 증류수 100㎖에 상기 프리믹스 조성물을 첨가하고 교반한 후, 초기 pH를 5.5로 조정하여 홍국균 배양용 액상 배지를 제조하였다.
제조예 2.
글루코오스 3.0g, 팥 분말 3.0g, 펩톤 2.0g, K2HPO4 0.8g, NaCl 0.1g 및 MgSO4·7H2O 0.05g을 혼합하여 프리믹스 조성물을 제조하였다. 이후, 증류수 100㎖에 상기 프리믹스 조성물을 첨가하고 교반한 후, 초기 pH를 6.0으로 조정하여 홍국균 배양용 액상 배지를 제조하였다.
제조예 3.
말토오스 6.0g, 팥 분말 1.0g, 펩톤 2.0g, K2HPO4 0.8g, NaCl 0.1g 및 MgSO4·7H2O 0.05g을 혼합하여 프리믹스 조성물을 제조하였다. 이후, 증류수 100㎖에 상기 프리믹스 조성물을 첨가하고 교반한 후, 초기 pH를 6.0으로 조정하여 홍국균 배양용 액상 배지를 제조하였다.
(2) 홍국균의 배양 및 홍국균 배양액의 특성 평가
시험예 1.
홍국균의 일종인 Monascus pilosus IFO 4480(기탁번호 KCCM 60396 균주와 동일한 균주임) 균주를 감자한천배지(potato dextrose agar medium, PDA 배지)에서 4일간 배양하여 활성화시킨 후, 약 1㎝×1㎝의 크기로 홍국균을 포함하는 아가 블락(Agar block)을 잘라냈다. 이후, 잘라낸 아가 블락을 제조예 1에서 제조한 홍국균 배양용 액상 배지 100㎖에 접종하고 약 28℃에서 10일간 배양하여 홍국균 배양액을 수득하였다. 수득한 홍국균 배양액 내 모나콜린 K의 함량을 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 구체적으로 홍국균 배양액을 0.45㎛ 필터로 여과하여 여과액을 얻고, Lee, et al[Lee, S.I., Kim, J.W., Lee, Y.K., Yang, S.H., Lee, I.A., Suh, J.W. and Kim, S.D. (2011) Anti-obesity effect of Monascus pilosus Mycelial Extract in high fat diet-induced obese rats. J. Appl . Biol . Chem . 54:197-205.]에 기재된 방법을 사용하여 홍국균 배양액 ℓ당 모나콜린 K 함량을 측정하였다. 또한, 홍국균 접종 후 2일간의 간격으로 홍국균 배양액 샘플을 취하고, 홍국균 배양액 내 균체 함량을 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였다.
시험예 2.
홍국균 배양용 액상 배지로 제조예 2에서 제조한 것을 사용한 점을 제외하고는 시험예 1과 동일한 조건 및 방법으로 홍국균 배양액을 수득하였다. 홍국균 접종 후 10일이 경과하였을 때, 홍국균 배양액 샘플을 취하고, 홍국균 배양액 내 균체 함량을 측정하였다.
시험예 3.
홍국균 배양용 액상 배지로 제조예 3에서 제조한 것을 사용한 점을 제외하고는 시험예 1과 동일한 조건 및 방법으로 홍국균 배양액을 수득하였다. 홍국균 접종 후 10일이 경과하였을 때, 홍국균 배양액 샘플을 취하고, 홍국균 배양액 내 모나콜린 K 함량을 측정하였다.
비교 시험예 1.
홍국균 배양용 액상 배지로 공지의 Mizutani 배지(글루코오스 5.0g, 펩톤 2.0g, KH2PO4 0.8g, MgSO4·7H2O 0.05g, CH3COOK 0.2g, NaCl 0.1g, 증류수 100㎖; pH 6.0)를 사용한 점을 제외하고는 시험예 1과 동일한 조건 및 방법으로 홍국균 배양액을 수득하였다. 홍국균 접종 후 2일간의 간격으로 홍국균 배양액 샘플을 취하고, 홍국균 배양액 내 균체 함량을 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였다.
비교시험예 2.
홍국균 배양용 액상 배지로 공지의 PDB(potato dextrose Broth) 배지를 사용한 점을 제외하고는 시험예 1과 동일한 조건 및 방법으로 홍국균 배양액을 수득하였다. 홍국균 접종 후 2일간의 간격으로 홍국균 배양액 샘플을 취하고, 홍국균 배양액 내 균체 함량을 균체의 건조 무게를 측정하여 분석하였다.
하기 표 7은 홍국균 접종 후 배양 시간에 따른 홍국균 배양액 내 균체 함량 을 나타낸 것이다.
홍국균 배양용 액상 배지 구분 홍국균 접종 후 배양 시간의 경과에 따른 홍국균 배양액 내 균체 함량(g/ℓ)
2일 4일 6일 8일 10일
시험예 1 24 30 40 44 50
시험예 2 56
비교시험예 1 5 22 30 42 42
비교시험예 2 5 15 26 35 40
또한, 시험예 1 및 시험예 3에서 배양 시간이 10일 경과하였을 때 얻은 홍국균 배양액 내 모나콜린 K 함량은 각각 30㎎/ℓ 및 65㎎/ℓ이었다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 팥 분말, 탄소원, 질소원 및 무기 영양성분을 포함하는 조성물로서,
    상기 팥 분말의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~40 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탄소원의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 30~70 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 탄소원은 글루코오스(Glucose), 프럭토오스(Fructose), 말토오스(Maltose), 만니톨(mannitol), 수크로오스(Sucrose) 및 락토오스(Lactose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 질소원의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 10~30 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 질소원은 효모 추출물(Yeast extract), 펩톤(Peptone), 맥아 추출물(Malt extract) 및 트립톤(Tryptone)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 탄소원 대 질소원의 중량비는 1:0.1~1:1인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 무기 영양성분의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~15 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 무기 영양성분은 칼륨 화합물, 나트륨 화합물 및 마그네슘 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 칼륨 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~10 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 칼륨 화합물 K2SO4, K3PO4, K2HPO4, KH2PO4, KNO3, CH3COOK 및 KCl로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 나트륨 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5~2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 나트륨 화합물은 NaCl, Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, NaNO3 및 Na2B4O7·10H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 마그네슘 화합물의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1~2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 마그네슘 화합물은 MgC3H7O6P, MgSO4 및 MgSO4·7H2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 홍국균은 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus), 모나스커스 러버(Monascus ruber), 모나스커스 퍼프레우스(Monascus purpureus), 모나스커스 카올리앙(Monascus kaoliang), 모나스커스 바리케리(Monascus barykery) 및 모나스커스 안카(Monascus anka)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 상기 홍국균은 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus)인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus)는 기탁번호가 IFO 4480 또는 KCCM 60396인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 프리믹스 조성물.
  18. 물 및 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 프리믹스 조성물로 구성되는 홍국균 배양용 액상 배지.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 프리믹스 조성물의 함량은 물 100 중량부 당 5~15 중량부인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 액상 배지.
  20. 제 18항에 있어서, 초기 pH가 4.0~6.5인 것을 특징으로 하는 홍국균 배양용 액상 배지.
KR1020130009260A 2013-01-28 2013-01-28 홍국균 배양용 프리믹스 조성물 및 이를 포함하는 액상 배지 KR101426693B1 (ko)

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